[發明專利]一種三維孔狀石墨烯的制備方法

有效

• 申請號: 201710804793.6
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107416801B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 王麗;李彥
• 申請（專利權）人: 安徽玄同工業設計有限公司
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 合肥九道和專利代理事務所(特殊普通合伙) 34154
• 代理人: 胡發丁

本發明涉及電池材料領域，具體公開了一種三維孔狀石墨烯的制備方法，其步驟如下：S1：向氧化石墨烯分散液中加入交聯劑，在120?180℃的溫度下水熱反應8?10h，得混合液；S2：在10?25℃的溫度條件下，向混合液中加入十二烷基二甲基氧化胺，充分攪拌至均勻，然后加入碳酸氫銨和硝酸銨，緩慢攪拌0.5?1h，然后冷凍干燥1?2天，取出；S3：將取出的干燥物迅速推入200?300℃的還原性氣氛下預燒12?24h，然后再升溫至500?700℃煅燒3?5h，冷卻，即得三維孔狀石墨烯。本發明得到的三維石墨烯孔與孔充分貫通，比表面積大，且搭接形成的三維結構穩定，電導率高，可以有效地應用于電池材料中，提升電池能量密度和使用安全性。

技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，具體涉及一種三維孔狀石墨烯的制備方法。

背景技術

石墨烯作為一種新型碳納米材料，由單層sp2碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀結構，具有電導率高、機械性能好等多種優點，目前其在鋰電池材料領域已得到了廣泛應用。但是，由于少數層石墨烯活性高，片層表面能大，使得剝離的石墨烯片層極易回疊和團聚，造成其比表面積和導電性能大幅降低，進而影響的電池能量密度和儲鋰性能。

經研究發現，將二維蜂窩狀結構的石墨烯進行三維改性，這樣石墨烯可以更好地內嵌到材料中，使得石墨烯的比表面積得到充分利用，如此可以提高材料的導電性，降低電池內阻，提升電池的能量密度。比如,名稱為”三維石墨烯或其復合體系的制備方法”(申請號為201310175590.7)的中國專利公開了如下制備方案：將過渡金屬單質和/或含過渡金屬元素的化合物進行高溫還原，制備出三維多孔金屬催化劑模板，然后利用化學氣相沉積法生長三維石墨烯，獲得帶有催化劑骨架的三維石墨烯。但是該方法依賴于導向模板的使用，模板難于去除，成本昂貴，難于實現工業化規模生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種比表面積大、電導率好、且結構穩定的三維孔狀石墨烯的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種三維孔狀石墨烯的制備方法，其步驟如下：

S1：向氧化石墨烯分散液中加入交聯劑，在120-180℃的溫度下水熱反應8-10h，得混合液；

S2：在10-25℃的溫度條件下，向混合液中加入十二烷基二甲基氧化胺，充分攪拌至均勻，然后加入碳酸氫銨和硝酸銨，緩慢攪拌0.5-1h，然后冷凍干燥1-2天，取出；

S3：將取出的干燥物迅速推入200-300℃的還原性氣氛下預燒12-24h，然后再升溫至500-700℃煅燒3-5h，冷卻，即得三維孔狀石墨烯；

所述分散液中的氧化石墨烯與交聯劑、十二烷基二甲基氧化胺、碳酸氫銨、硝酸銨的質量比為40-70:5-10:1-5:1-5:1-5。

采用上述技術方案產生的有益效果在于：本發明先采用交聯劑和十二烷基二甲基氧化胺處理分散的氧化石墨烯片，以促進氧化石墨烯連接成三維網絡結構，然后向其中緩慢加入碳酸氫銨和硝酸銨，再進行冷凍干燥處理，這樣能夠削減石墨烯片層間的相互作用力，穩定結構，之后再通過特定的階梯溫度進行煅燒，使得還原得到的三維石墨烯的孔與孔充分貫通，比表面積大，可高達2300m²/g，且形成的三維孔狀結構穩定，電導率約89s/cm，導電性能好，可以有效地應用于電池材料中，提升電池能量密度和使用安全性。具體的，采用本發明制備的三維石墨烯復合得到的鈦酸鋰復合負極材料在0.2C倍率充電比容量高達174.25mAh/g，3C倍率循環50次后的容量保持率高達99.21％。

作為進一步的優選方案：所述的交聯劑為丙烯酰胺、聚氨酯、乙二胺、丙二胺中的一種；步驟S1所述分散液中的氧化石墨烯與交聯劑、十二烷基二甲基氧化胺、碳酸氫銨、硝酸銨的質量比為50:5-6:4-5:2-3:2-3。